Method Article
Dünndarm Krypta Organoiden kultiviert ex vivo eine Gewebekultursystem, das Wachstum der Krypten abhängig Stammzellen und ihrer Nische rekapituliert. Wir haben eine Methode, um das metabolische Profil in Echtzeit in der primären Maus Krypta Organoiden testen. Wir fanden Organoiden aufrechtzuerhalten physiologischen Eigenschaften von ihrer Quelle definiert.
Die Dünndarmschleimhaut weist eine sich wiederholende Architektur in zwei Grundstrukturen organisiert: Zotten, in das Darmlumen vorspringende und reifer Enterozyten, Becherzellen und enteroendokrinen Zellen zusammengesetzt; und Krypten, wohnhaft proximal der Submukosa und Muskularis, Beherbergung adulten Stammzellen und Vorläuferzellen und reife Panethzellen sowie Stromazellen und Immunzellen der Krypta Mikroumgebung. Bis zu den letzten Jahren, in vitro Untersuchungen von Dünndarm wurde, um Zelllinien entweder benigne oder maligne Tumoren abgeleitet sind, und nicht die Physiologie der normalen Darm Epithelien und den Einfluss der Mikroumgebung, in dem sie sich aufhalten darstellen. Hier zeigen wir ein Verfahren von Sato et al angepasst. (2009) für die Kultivierung von primären Maus-Darm-Krypta Organoide von C57BL / 6-Mäusen abgeleitet sind. Darüber hinaus präsentieren wir die Verwendung von crypt Organoid Kulturen, um die Krypta metabolische Profil in Echtzeit von Maßnahme zu testenment der basalen Sauerstoffverbrauch, glykolytischen Rate, die ATP-Produktion und Atemkapazität. Organoiden aufrechtzuerhalten Eigenschaften durch ihre Quelle definiert und Aspekte ihrer metabolischen Anpassung durch den Sauerstoffverbrauch und die extrazelluläre Ansäuerung Raten wider behalten. Echtzeitstoffwechselstudien in dieser Krypta Organoid Kultursystem sind ein leistungsfähiges Werkzeug zur Krypta Organoid Energiestoffwechsel zu untersuchen, und wie sie durch Ernährungs- und pharmakologischen Faktoren moduliert werden.
Darmkrebs (CRC) ist die dritthäufigste Ursache der durch Krebs Todesfälle in den Vereinigten Staaten. Sporadische Darmkrebs - das heißt, dass die sich später im Leben (> 50 Jahre) und ohne klare prädisponierende genetische Faktoren - Konten für ~ 80% aller Fälle, mit Einfalls stark durch langfristige Ernährungsmuster 1,2 beeinflusst. Diese Tumoren weisen eine metabolische Verschiebung hin Abhängigkeit oxidative Glykolyse als Warburg-Effekt bekannt, das zum Teil machen können höhere Konzentrationen der Zellbausteine und Energie zur Verfügung (über Glutaminolyse) zu hohen Raten der Tumorzellproliferation 3-5 gestatten und vielleicht fahren . Studien von Darmkrebs sowie anderen gastrointestinalen Tumoren einschließlich Dünndarm Krebsarten liefern wichtige Einblicke in die Ursache der Tumorbildung. Untersuchung der Stoffwechselunterschiede zwischen normalen, pro-tumor und tumorerzeugende Staaten von gastrointestinalen Organsysteme kann det unterstützenermination des relativen Risikos für die Tumorentwicklung sowie Früherkennung von Neoplasien. Darüber hinaus verstehen bioenergetischen Stoffwechsel mit mitochondriale Atmung und Glykolyse liefert grundlegende Einblicke in die Zellphysiologie, Altern und Krankheitszustand stört Darm Homöostase. Nutzung der Bioenergetik Assay-Technologie für extrazelluläre Flussanalyse können die Preise der mitochondrialen Atmung und Glykolyse gleichzeitig in wachsenden Zellen in Kultur in Echtzeit 6,7 bewerten.
Bis vor kurzem wurden in vitro Untersuchungen von Dünndarmzelllinien entweder benigne oder maligne Tumoren 8,9 abgeleitet sind und nicht die Physiologie der normalen Darm Epithelien und den Einfluss der Mikroumgebung, in dem sie sich aufhalten darstellen. Im Jahr 2009, Sato et al. 10 führte eine ex vivo Kultursystem zur dreidimensionalen (3D) Maus Darmepithelzellen Organoiden wachsen oder epithElial "Mini-Mumm", geeignet für experimentelle, diagnostische und therapeutische Untersuchungen 10,11. Außerdem Krypten von kalorisch eingeschränkt Mäusen isoliert behalten ihre veränderte Wachstumseigenschaften wie Organoiden in solchen Kulturen 12. Im Vergleich zu transformierten Zelllinien können Krypta organoide Kulturen verwendet, um physiologisch relevante Daten präsentiert ein weit besseres Modell für die in vivo-Zustand zu verstehen erzeugen.
Wir angepasst Bioenergetik-Analyse-Technologie, um den Energiestoffwechsel der Darm Krypta Organoiden testen. Maus Darm Krypta Organoiden kultiviert wurden ex vivo zur Krypta Organoid Energiestoffwechsel Studien vorgestellt zu entwickeln. Die Sauerstoffverbrauchsrate (OCR) und der extrazellulären Ansäuerungsrate (ECAR) der Krypta Organoide wurden in Abwesenheit und Anwesenheit von zwei unterschiedlichen Stoffwechselinhibitoren (Oligomycin, Rotenon) und ein Ionenträger (Carbonylcyanid-p-trifluoromethoxyphenylhydrazone) gemessen. Die Krypta organoid metabolische Reaktion auf diese chemischen Verbindungen wurden erfolgreich durch wechselnde ECAR und OCR-Werte wider.
Cellular bioenergetischen Untersuchungen werden die gegenseitigen Wechselwirkungen zwischen Stoffwechsellage und Krankheitsrisiko und Phänotyp bei Krebs, Fettleibigkeit, Diabetes, Stoffwechselstörungen und mitochondrialen Erkrankungen aufzuklären und helfen Voraus Screening-Methoden mit unmittelbaren Auswirkungen für translationale Medizin. Hier beschreiben wir ein detailliertes Protokoll für kleine Darmkrypten isolieren und Kultur Krypta Organoiden. Darüber hinaus führen wir eine neuartige Methode zur Krypta Organoid Kulturen für metabolische Assays verwenden.
Diese Studie wurde in Übereinstimmung mit den Empfehlungen im Leitfaden für die Pflege und Verwendung von Labortieren der National Institutes of Health durchgeführt. Das Protokoll wurde von dem Ausschuss für die Ethik der Tierversuche des Albert Einstein College of Medicine genehmigt.
1. Crypt Isolierung und Kultur
2. Crypt Organoide Stoffwechsel Assay
Crypt Organoiden wurden 8 Monate alten C57BL / 6-Mäusen etabliert gereinigt Nagerfutter American Institute of Nutrition 76A (AIN76A). Intestinale Krypta Organoiden können in Kultur über einen längeren Zeitraum von einem einzigen crypt (1A, einzelne rote Pfeil) angebaut werden. Organoiden wachsen aus Krypta-ähnliche Strukturen in 18-20 Tagen in Kultur (1B, rote Pfeile). Krypten wurden alle 3 Wochen agiert und Organoiden effizient nach jedem Durchgang gewonnen.
Seahorse Bioenergetik Instrumentierung kann Raten mitochondriale Atmung und Glykolyse gleichzeitig in Zellen, die in Kultur und in Echtzeit zu bewerten. Wir passten diese Technologie zur Krypta Organoid Stoffwechsel untersuchen. Mit Organoiden von Mäusen gefüttert AIN76A gereinigt Ernährung für 8 Monate abgeleitet messen wir:. 1 Sauerstoffverbrauchsrate, in 2A gezeigt OCR - rote Linie repräsentiert Sauerstoffverbrauchsrate (pmol / min) in Krypta Organoiden, ist blau the Kontrollvertiefungen nur mit Matrigel (die gallertartige Proteinmischung); 2. extrazellulären Ansäuerungsrate (ECAR) in 2B gezeigt - rote Linie repräsentiert extrazellulären Ansäuerungsrate (mph / min) in Krypta Organoiden, Blau ist die Kontrollvertiefungen nur mit dem gallertartigen Proteingemisch.
Abb. 1: Crypt Organoiden von 8-Monats-abgeleiteten alten C57BL / 6-Mäuse Krypten sind (A) 2-Tage oder (B) 18-Tagen in Kultur. Maßstab: 100 & mgr; m.
Figur 2: Bioenergetics Assay unter Verwendung von Organoiden 8 Monate alte C57BL / 6-Mäusen abgeleitet sind. (A) Die Sauerstoffverbrauchsrate (OCR) ist gezeigt; (B) extrazelluläre Ansäuerung Rate (ECAR) gezeigt. Legende: rot - Krypten, blau - Steuer nur Matrigel. n = 3. Reagenzien injiziert nacheinander - von den blauen vertikalen Balken angezeigt - sind wie folgt: A, Oligomycin; B, Carbonylcyanid-p-trifluoromethoxyphenylhydrazone (FCCP); C, Rotenon.
Wir testeten die Sauerstoffverbrauchsrate (OCR) und die extrazelluläre Ansäuerung Rate (ECAR) der Krypten von 8 Monate alten Mäusen isoliert und in Organoiden ex vivo gewachsen. Nach Messung der Basalrate wurde Krypta Stoffwechsel durch Zugabe Oligomycin, Carbonylcyanid bewertet -p-trifluoromethoxyphenylhydrazone (FCCP) und Rotenon, nacheinander.
29 min (2A und 2B) - basale OCR und basalen ECAR wurden aus 0 aufgezeichnet. Am 29. min, Oligomycin (von Port A) wurde in jedes Well (3 n =, für beide Krypten und Kontrollvertiefungen) injiziert. Oligomycin ist ein ATP-Synthese-Hemmer. Es wird verwendet, um den Zustand 3 (phosphorylierenden) Atmung verhindern. Somit führte oligomycin Injektion in einer leichten Verringerung in OCR aufgrund Blockade der ATP-Synthese in Mitochondrien und die Krypten geschaltet Glykolyse ihrer Anforderung für ATP was zu einem Anstieg in ECAR erfüllen. Am 64. min, FCCP (from Anschluss B) wurde in jede Vertiefung eingespritzt. FCCP ist eine mobile Ionenträger, Transport von Wasserstoffionen durch die Membran der Mitochondrien, was zu einer schnellen Energieverbrauch ohne ATP-Generation. OCR stiegen aufgrund Entkopplung und ECAR erhöht, da die Krypten ihre Energiebilanz aufrechterhalten durch den Einsatz von Glykolyse ATP zu erzeugen, damit die Synthese und Sekretion von Milchsäure. Am 99. min wurde Rotenon (von Port C) in jedes Well injiziert. Rotenon ist ein mitochondrialen Inhibitor. So führte die dritte Injektion zu einer Abnahme der OCR aufgrund eingeschränkter Funktion der Mitochondrien und verschoben die Krypten zu einer glykolytischen Zustand halten die ECAR Werte erhöht.
Es gibt zwei Hauptschlussfolgerungen: 1) Krypta Organoiden von 8 Monate alten Mäusen wurden erfolgreich durch mehrere Passagen kultiviert; 2) Organoide, die in Kultur für 2 Monate agiert worden waren, nachdem die Ableitung zeigte eine metabolische Reaktion auf Oligomycin, Carbonylcyanid-p-trifluoromethoxyphen ylhydrazone und Rotenon. Somit wird die Fähigkeit des glykolytischen Organoiden war nach 2 Monaten in Kultur, die mit dem Bericht, dass Organoide von kalorisch beschränkten Mäusen relativ dauerhaft auf verschiedene Wachstums- und Stoffwechsel Phänotypen in Kultur 12 angepaßt stabil.
Die in diesem Protokoll beschriebenen experimentellen Verfahren von großer Bedeutung in metabolischen Studien von Darmkrypten sein. Das Protokoll für die Isolierung von Krypta Sato et al angepasst. 10 Das Protokoll zur Untersuchung der Krypta Stoffwechsel in Dünndarm Krypta organoide Kulturen mit bioenergetischen Analysetechnik wurde nicht berichtet. Die Krypta Organoid Metabolismus-Untersuchungen kann verlängert werden weitere Einführung verschiedener Variablen auf die Kulturmedien und Testbedingungen, wie beispielsweise unterschiedliche Energiequellen, Inhibitoren und Aktivatoren der spezifischen Signal- und Stoffwechselwege und hypoxischen Bedingungen, die Stoffwechselwege modulieren kann.
NHALT "> Es gibt technische Probleme, die besondere Aufmerksamkeit erfordern bei der Anwendung dieser Protokolle. Crypt Nummer und die Wachstumseffizienz der Krypta Organoid Kulturen je nach der Krypta Quelle variieren, zB Krypten aus genetisch veränderten vs. Wildtyp-Mäusen. So Krypta Einsaatdichte kann für Experimente, indem Sie eine Testversion angepasst werden. Darüber hinaus Krypten und organids haben eine starke Tendenz, sich an Oberflächen haften. Für bessere Erträge, alle Röhren (1,5 ml, 15 ml und 50 ml Röhrchen), Pipetten und Pipettenspitzen kann mit 1% fötalem Rinderserum in phosphatgepufferter Kochsalzlösung bei 4 ° C über Nacht beschichtet. Die Ergebnisse können den Gesamtproteinkonzentration unter Verwendung des Bicinchoninsäure normalisiert werden (BCA Assay). Nach der metabolischen Assay wird die 24-Well-Platte wird auf Eis gehalten, bis die BCA-Assay. Für den BCA-Assay Krypten werden vorsichtig in 500 ul dreimal gewaschen kaltem PBS und in 75 & mgr; l 0,1 N NaOH lysiert in PBS durch kräftiges Schütteln für 1 h bei Raumtemperatur. Eine P1000 Pipetteverwendet, um die gallertartige Proteingemisch und Pipettieren aufzubrechen Down fördert Lyse werden. Nach Krypta Lyse kann die Standard-BCA-Assay-Protokoll für Zellen verfolgt werden. Es ist wichtig, "nur Matrigel" Kontrollvertiefungen gesamten bioenergetischen Analyse, um die Hintergrund-Protein-Konzentration in diesen Vertiefungen zu messen und so die Krypta Proteinkonzentration genau durch den BCA-Assay beurteilt.Crypt Organoid Metabolismusstudien präsentiert werden, um normale und Patienten gewonnen epithelialen Mini-Mumm aufgebracht, um das Dienstprogramm für die frühe Beurteilung der relativen Krankheitsrisikos sowie Ansätze, die metabolischen Phänotyp zu modulieren und damit verringern Risiko kann zu erkunden. Die hier beschriebenen Stoffwechseltests einzuführen, neue Strategien für eine mögliche Bewertung des relativen Risikos für die Entwicklung der Krankheit und zur Früherkennung von Krankheitszustand, seine biochemischen und molekularen Dissektion und Potentialmodulation. Zusammenfassend, kleine intestina isolieren beschreiben wir ein detailliertes Protokolll Krypten und Kultur Krypta Organoiden. Darüber hinaus führen wir eine neuartige Methode zur Krypta Organoid Kultur zur Bestimmung der extrazellulären Übersäuerung und Sauerstoffverbrauch Kurse Krypta Organoid Energiestoffwechsel zu untersuchen verwenden. Ex vivo Krypta Organoid Kultur Metabolic Profiling Studien werden neue Strategien für das Verständnis Darm Biologie definieren.
Es sind keine Angaben.
Diese Studie wurde unterstützt durch Zuschüsse RO1 CA 135.561, R01 CA151494, R01 CA174432 und P3013330 von den National Institutes of Health.
Wir möchten Michele Houston, Elena Dhima und Dr. Anna Velcich für ihre wertvollen Kommentare bei der Entwicklung der Krypta Isolierungsprotokoll danken.
Wir danken auch den Diabetes-Schulungen und Forschungszentrum in der Albert Einstein College of Medicine vom NIH P60DK20541 unterstützt, und Dr. Michael Brownlee und Dr. Xue-G. Richter, der direkt und Betrieb der Seahorse Anlage verbunden.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
BD Matrigel Basement Membrane Matrix, GFR, Phenol Red-free, LDEV-free | BD Biosciences | 356231 | |
PBS (phosphate buffered saline), no magnesium, no calcium, pH 7.2 | Life Technologies | 20012-027 | |
Advanced DMEM/F-12 (1x) | Life Technologies | 12634-028 | |
Dulbecco′s Modified Eagle′s Medium w/o glucose, L-glutamine, phenol red, sodium pyruvate, and sodium bicarbonate | Sigma-Aldrich | D5030 | |
Phenol red sodium salt | Sigma-Aldrich | P4758 | Final Concentration 15 mg/l in DMEM (D5030) - step 2.2.2 |
Antibiotic-Antimycotic, 100x, 100 ml | Life Technologies | 15240-062 | Final concentration 1x or 2x |
Penicilin-Streptomycin, liquid | Life Technologies | 15140-122 | Final concentration 1x |
Gibco® GlutaMAX™ supplement | Life Technologies | 35050061 | Final concentration 1x |
Gibco® HEPES (N-2-hydroxyethylpiperazine-N-2-ethane sulfonic acid), 1 M | Life Technologies | 15630-080 | Final concentration 10 mM |
N-acetyl-L-cysteine, 25 g | Sigma-Aldrich | A9165-25G | Final concentration 1 mM |
100x N-2 supplement, liquid | Invitrogen | 17502-048 | Final concentration 1x |
50x B-27® supplement minus Vitamin A, liquid | Invitrogen | 12587-010 | Final concentration 1x |
Recombinant Mouse R-Spondin 1, CF, 50 μg | R&D Systems | 3474-RS-050 | Final concentration 500 ng/ml |
Recombinant Murine EGF, 100 μg | Peprotech | 315-09 | Final concentration 50 ng/ml |
Recombinant Murine Noggin, 20 μg | Peprotech | 250-38 | Final concentration 100 ng/ml |
Gibco® L-glutamine, 200 mM | Life Technologies | 25030-081 | Final concentration 2 mM |
Gibco® glucose powder | Life Technologies | 15023-021 | Final concentration 5 mM |
Ambion® 0.5 M EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), pH 8.0 | Life Technologies | AM9260G | Final concentration 3 mM for step 1.1.5; 2 mM for step 1.1.8 |
[header] | |||
DTT (dithiothreitol), 1M | Life Technologies | P2325 | Final concentration 3 mM |
Albumin from bovine serum (BSA) | Sigma-Aldrich | A2058 | 0.1% in PBS |
Fetal Bovine Serum (FBS) | Life Technologies | 16000-044 | 1% in PBS |
Recovery™ Cell Culture Freezing Medium | Life Technologies | 12648-010 | |
ROCK inhibitor (Y-27632) | Sigma-Aldrich | Y0503 | Final concentration 10 μM |
Oligomycin | Sigma-Aldrich | O4876 | Final concentration 1 μM |
Carbonyl cyanide-p-trifluoro-methoxy-phenyl-hydrazone (FCCP) | Sigma-Aldrich | C2920 | Final concentration 1 μM |
Rotenone | Sigma-Aldrich | R8875 | Final concentration 1 μM |
Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | 221465 | Final concentration 0.1 N in PBS |
XF24 Extracellular Flux Analyzer (XF Analyzer) | Seahorse Bioscience |
Genehmigung beantragen, um den Text oder die Abbildungen dieses JoVE-Artikels zu verwenden
Genehmigung beantragenThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Alle Rechte vorbehalten